Стратосферни характеристики, функции, температура

на стратосфера Той е един от слоевете на земната атмосфера, разположен между тропосферата и мезосферата. Надморската височина на долната граница на стратосферата варира, но може да се приеме за 10 км за средните ширини на планетата. Неговата горна граница е на 50 км надморска височина на повърхността на Земята.

Земната атмосфера е газообразната обвивка, която обгражда планетата. Според химическия състав и температурните вариации, той е разделен на 5 слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и екзосфера..

Тропосферата се простира от повърхността на Земята до 10 км височина. Следващият слой, стратосферата, преминава от 10 км до 50 км над земната повърхност.

Мезосферата варира от 50 км до 80 км височина. Термосферата от 80 км до 500 км и накрая екзосферата се простира от 500 км до 10 000 км височина, което е границата с междупланетното пространство.

индекс

• 1 Характеристики на стратосферата
  • 1.1 Местоположение
  • 1.2 Структура
  • 1.3 Химичен състав
• 2 Температура
• 3 Образуване на озон
• 4 Функции
• 5 Унищожаване на озоновия слой
  • 5.1 CFC съединения
  • 5.2 Азотни оксиди
  • 5.3 Разреждане и отвори в озоновия слой
  • 5.4 Международни споразумения за ограничения на използването на CFC
• 6 Защо самолети не летят в стратосферата?
  • 6.1 Самолети, които летят в тропосферата
  • 6.2 Защо е необходимо повишаване на налягането в кабината?
  • 6.3 Полети в стратосферата, свръхзвукови самолети
  • 6.4 Недостатъци на свръхзвукови самолети, разработени досега
• 7 Препратки

Характеристики на стратосферата

местоположение

Стратосферата е разположена между тропосферата и мезосферата. Долната граница на този слой варира с географската ширина или разстояние до екваториалната земна линия.

На полюсите на планетата стратосферата започва между 6 и 10 км над земната повърхност. В екватора започва между 16 и 20 км надморска височина. Горната граница е на 50 км над повърхността на Земята.

структура

Стратосферата има своя структура в слоеве, които се определят от температурата: студените слоеве са на дъното, а горещите пластове са на върха..

Също така, стратосферата има слой, където има висока концентрация на озон, наречен озонов слой или озоносфера, който е между 30 и 60 км над земната повърхност..

Химичен състав

Най-важното химично съединение в стратосферата е озонът. От 85 до 90% от общия озон в атмосферата на Земята е в стратосферата.

Озона се образува в стратосферата чрез фотохимична реакция (химическа реакция, при която светлината се намесва), която страда от кислород. Голяма част от газовете в стратосферата влизат от тропосферата.

Стратосферата съдържа озон (O₃азот (N₂), кислород (О₂), азотни оксиди, азотна киселина (HNO)₃сярна киселина (Н₂SW₄), силикати и халогенирани съединения, като хлорофлуоровъглероди. Някои от тези вещества идват от вулканични изригвания. Концентрацията на водните пари (Н₂Или в газообразно състояние) в стратосферата е много ниско.

В стратосферата сместа от газове вертикално е много бавна и практически нулева, поради липсата на турбулентност. Поради тази причина химичните съединения и други материали, които влизат в този слой, остават в него дълго време.

температура

Температурата в стратосферата представя обратното поведение на това в тропосферата. В този слой температурата се увеличава с надморска височина.

Това повишаване на температурата се дължи на появата на химични реакции, които отделят топлина, където озонът се намесва (О₃). В стратосферата има значителни количества озон, който абсорбира ултравиолетовата радиация от слънцето.

Стратосферата е стабилен слой, без турбулентност, която смесва газовете. Въздухът е студен и гъст в най-ниската част и в най-високата част е горещ и светъл.

Образуване на озон

В молекулярния кислород на стратосферата (O₂) се отделя от ефекта на ултравиолетовото (UV) излъчване от Слънцето:

О₂  +  UV LIGHT → O + O

Кислородните атоми (О) са силно реактивни и реагират с кислородни молекули (О₂) за образуване на озон (O₃):

O + O_{2 →}  О₃  +  топлина

В този процес се отделя топлина (екзотермична реакция). Тази химическа реакция е източник на топлина в стратосферата и води до високи температури в горните слоеве.

функции

Стратосферата изпълнява защитна функция на всички форми на живот, които съществуват на планетата Земя. Озоновият слой предотвратява достигането на ултравиолетова (UV) радиация до земната повърхност.

Озонът абсорбира ултравиолетовата светлина и се разлага до атомен кислород (O) и молекулен кислород (O₂), както е показано от следната химическа реакция:

О₃  + UV LIGHT → O + O₂

В стратосферата процесите на образуване и разрушаване на озона са в баланс, който поддържа постоянната му концентрация.

По този начин озоновият слой действа като защитен щит срещу ултравиолетовите лъчи, което е причина за генетични мутации, рак на кожата, унищожаване на култури и растения като цяло..

Унищожаване на озоновия слой

CFC съединения

От 70-те години на миналия век изследователите изразяват голяма загриженост относно вредното въздействие на хлорфлуорвъглеводородите (CFCs) върху озоновия слой..

През 1930 г. е въведено използването на хлорофлуоровъглеводородни съединения, наречени търговски фреони. Сред тях са CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Фреон 12), С₂F₃Cl₃ (Фреон 113) и С₂F₄Cl₂ (Фреон 114). Тези съединения са лесно сгъстими, относително нереактивни и незапалими.

Те започнаха да се използват като хладилни агенти в климатици и хладилници, заменяйки амоняка (NH₃) и серен диоксид (SO)₂) течност (силно токсична).

Впоследствие CFCs се използват в големи количества при производството на пластмасови изделия за еднократна употреба, като пропеленти за търговски продукти под формата на консервирани аерозоли, и като разтворители за почистване на карти с електронни устройства..

Широкомащабното и широкомащабно използване на CFCs е причинило сериозен екологичен проблем, тъй като използваните в промишлеността и хладилните агенти се изхвърлят в атмосферата..

В атмосферата тези съединения се разпространяват бавно в стратосферата; в този слой те се подлагат на разлагане поради UV лъчение:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂С1 + С1

Хлорните атоми реагират много лесно с озона и го унищожават:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Един единствен хлорен атом може да унищожи повече от 100 000 молекули озон.

Азотни оксиди

NOx и NOx азотни оксиди₂ те реагират чрез разрушаване на озона. Наличието на тези азотни оксиди в стратосферата се дължи на газовете, излъчвани от свръхзвукови двигатели на въздухоплавателни средства, на емисии от човешка дейност на Земята и на вулканична активност..

Разреждане и отвори в озоновия слой

През 80-те години се установи, че над зоната на Южния полюс се е образувал отвор в озоновия слой. В тази област количеството на озона беше намалено наполовина.

Също така е установено, че над северния полюс и в цялата стратосфера озоновият слой се разрежда, т.е. намалява ширината му, тъй като количеството на озона намалява значително.

Загубата на озон в стратосферата има сериозни последици за живота на планетата и няколко страни са приели, че драстичното намаляване или пълното премахване на употребата на CFC е необходимо и спешно..

Международни споразумения за ограничаване на използването на CFC

През 1978 г. много страни забраниха употребата на CFC като пропеленти за търговски продукти под формата на аерозоли. През 1987 г. по-голямата част от индустриализираните страни подписаха така наречения Монреалски протокол, международно споразумение, в което бяха поставени цели за постепенно намаляване на производството на CFC и пълното му елиминиране през 2000 г..

Няколко страни са нарушили Протокола от Монреал, защото това намаляване и елиминиране на CFC ще засегне тяхната икономика, поставяйки икономически интереси преди запазването на живота на планетата Земя.

Защо самолети не летят в стратосферата?

По време на полета на самолет има 4 основни сили: асансьора, теглото на самолета, съпротивлението и тягата.

Лифтът е сила, която държи равнината и я избутва; колкото по-висока е плътността на въздуха, толкова по-голям е асансьорът. От друга страна, теглото е силата, с която гравитацията на Земята издърпва равнината към центъра на Земята.

Съпротивлението е сила, която забавя или предотвратява напредъка на равнината. Тази сила на съпротивление действа в обратна посока на траекторията на самолета.

Натискането е силата, която движи равнината напред. Както виждаме, бутането и издигането благоприятстват полета; теглото и съпротивлението действат, за да се накърни полетът на самолета.

Самолет, който те летят в тропосферата

Търговските и гражданските самолети на кратки разстояния летят приблизително до 10 000 метра височина, тоест в горната граница на тропосферата..

Във всички самолети е необходимо да има херметизация на кабината, която се състои от изпомпване на сгъстен въздух в кабината на самолета..

Защо е необходимо повишаване на налягането в кабината?

Тъй като самолетът се изкачва на по-високи височини, външното атмосферно налягане намалява и съдържанието на кислород също намалява.

Ако в кабината не се подава въздух под налягане, пътниците биха страдали от хипоксия (или планинска болест), със симптоми като умора, замаяност, главоболие и загуба на съзнание поради липса на кислород..

Ако се получи повреда в подаването на сгъстен въздух в кабината или в декомпресия, ще възникне извънредна ситуация, при която въздухоплавателното средство трябва да слезе незабавно и всички пътници трябва да носят кислородни маски..

Полети в стратосферата, свръхзвукови самолети

На височина над 10 000 метра, в стратосферата, плътността на газообразния слой е по-ниска и следователно асансьорът, който благоприятства полета, също е по-нисък.

От друга страна, при тези големи височини съдържанието на кислород (О₂) във въздуха е по-малък и това е необходимо както за изгарянето на дизелово гориво, което прави двигателя на въздухоплавателното средство, така и за ефективно налягане в кабината.

На височини, по-големи от 10 000 метра над земната повърхност, самолетът трябва да се движи с много високи скорости, наречени свръхзвукови, достигащи над 1225 км / час на морското равнище.

Недостатъци на свръхзвукови самолети, разработени до момента

Свръхзвуковите полети произвеждат така наречените звукови експлозии, които са много силни звуци, подобни на гръмотевиците. Тези шумове влияят негативно върху животните и хората.

Освен това, тези свръхзвукови въздухоплавателни средства трябва да използват повече гориво и следователно да произвеждат повече замърсители на въздуха, отколкото самолети, които летят на по-ниски височини..

Свръхзвукови самолети изискват много по-мощни двигатели и скъпи специални материали за тяхното производство. Търговските полети бяха толкова икономически скъпи, че изпълнението им не беше печелившо.

препратки

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, М., Dragani, R., Harada, и et. (2017). Оценка на горните тропосферни и стратосферни водни пари и озона в реаналисите като част от S-RIP. Атмосферна химия и физика. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, К., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et all. (2019). Слаби стратосферни полярни вихрови събития, модулирани от загубата на арктически морски лед. Вестник по геофизични изследвания: Атмосфера. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et al. (2019). Динамично свързване на тропосферно-стратосферната динамика по отношение на северноатлантическата променливост. Японската агенция за наука и технологии. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A.A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. et al. (2015). Влияние на стратосферата върху тропосферните струи, бурите и повърхността. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003 г.). Обмяна на стратосферата-тропосферата: преглед и наученото от STACCATO. Вестник по геофизични изследвания: Атмосфера. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Разрушаване на стратосферния озон. В: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Двадесет години от озоновия спад. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5